Μια κατηγορία ουράνιων σωμάτων που είναι καλύτερα παρατηρήσιμα στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος, καθώς είναι πολύ αμυδρά στο ορατό, έως και αόρατα, είναι οι καφέ νάνοι. Τα σώματα αυτά βρίσκονται στη ζώνη μεταξύ άστρων και πλανητών. Πέρα από το ενδιαφέρον που παρουσιάζουν αυτά καθαυτά, αποτελούν σημαντική γέφυρα στην πορεία βαθύτερης κατανόησης τόσο των πλανητών, όσο και των άστρων. Από το 1995, όταν πρωτοεντοπίστηκαν, η σχετική έρευνα έχει προχωρήσει αρκετά και οι ανακαλύψεις που έχουν γίνει, μαζί με τις δυνατότητες, που δίνουν τα σύγχρονα τεχνολογικά εργαλεία, επιτρέπουν τη μελέτη ακόμη και των ατμοσφαιρών των καφέ νάνων, τη διερεύνηση της πιθανότητας να υπάρχουν πλανήτες γύρω από κάποια απ' αυτά.

Τα περισσότερα άστρα έχουν κύρια ενεργειακή πηγή τη σύντηξη υδρογόνου, που οδηγεί στη μεταστοιχείωσή του σε ήλιο, μια πολύ σταθερή διεργασία, που επιτρέπει στα άστρα να διατηρούν την ίδια θερμοκρασία και λαμπρότητα επί δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά αν ένα παρολίγον άστρο δεν καταφέρει να φτάσει τις απαιτούμενες συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης, ώστε να γίνει η έναυση και να μπορεί να διατηρηθεί η σύντηξη, τότε παραμένει ως καφέ νάνος. Τέτοια άστρα έχουν μάζα όχι περισσότερο από 8% της μάζας του Ηλιου, ή περίπου 80 φορές εκείνη του Δία.

Πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι οι καφέ νάνοι είναι σχεδόν τόσο κοινοί όσο και τα άστρα και βρίσκονται παντού όπου βρίσκονται κι αυτά: Σε περιοχές σχηματισμού άστρων, σε δυαδικά αστρικά συστήματα μαζί με λευκούς νάνους, έχοντας επιζήσει του θανάσιμου εναγκαλισμού από τη φάση του ερυθρού γίγαντα, πριν το σχηματισμό του λευκού νάνου από το αρχικό άστρο. Μερικά από τα κοντινότερα σε μας αστρικά συστήματα είναι καφέ νάνοι (το τρίτο και το τέταρτο) σε απόσταση, 6,5 και 7,3 ετών φωτός αντίστοιχα (τα δύο κοντινότερα είναι ο Αλφα Κενταύρου και ο αστέρας του Μπάρναρντ). Κι όμως, παρά την πληθώρα τους, οι καφέ νάνοι είναι ελάχιστα γνωστοί.

Παρότι δεν διαθέτουν θερμοπυρηνική παραγωγή Ενέργειας, οι καφέ νάνοι εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, κυρίως με τη μορφή υπέρυθρων ακτίνων, χάρη στο υπόλειμμα Θερμικής Ενέργειας, που έχει απομείνει από τη διαδικασία σχηματισμού τους. Οταν σχηματίζονται η θερμοκρασία τους φτάνει τους 2.750 βαθμούς Κελσίου και αυτήν την Ενέργεια αποβάλλουν στο πέρασμα του χρόνου, με αποτέλεσμα να γίνονται ολοένα πιο ψυχροί και αμυδροί. Ο ψυχρότερος καφέ νάνος, που έχει εντοπιστεί, έχει θερμοκρασία υπό του μηδενός. Αν μπορούσαμε να δούμε καφέ νάνους από κοντά, πιθανότατα θα είχαν απόχρωση σκούρα πορτοκαλοκόκκινη ή πορφυρή.

Στις δύο και πλέον δεκαετίες που μελετούν τους καφέ νάνους, οι αστρονόμοι έχουν σχηματίσει καθαρότερη εικόνα για τα βασικά χαρακτηριστικά τους. Οπως και ο Ηλιος, οι καφέ νάνοι αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο. Ωστόσο, η θερμοκρασία στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιράς τους είναι αρκετά χαμηλή, ώστε να μπορούν να σχηματιστούν διάφορα μόρια. Οι φασματικές υπογραφές των υδρατμών είναι εμφανείς σχεδόν σε όλους τους καφέ νάνους. Καθώς ψύχονται περισσότερο, η ατμοσφαιρική χημεία τους αλλάζει και διαφορετικά μόρια και νέφη γίνονται κυρίαρχα. Η εξέλιξη της ατμόσφαιρας ενός καφέ νάνου εξαρτάται από τη μάζα και την ηλικία του. Καθώς στην ατμόσφαιρα των καφέ νάνων κάποια στιγμή εμφανίζονται σύννεφα παγοκρυστάλλων, ορισμένοι επιστήμονες αναρωτήθηκαν για το ενδεχόμενο εμφάνισης ζωής μέσα σ' αυτά. Ομως οι ειδικοί στους καφέ νάνους γρήγορα κατέρριψαν αυτήν την εικασία, καθώς η δυναμική της ατμόσφαιρας των καφέ νάνων θα έφερνε πάλι και πάλι οποιαδήποτε μορφή ζωής σε βαθύτερα και πολύ θερμά στρώματα, καθόλου φιλικά προς τη ζωή.

Οι επιστήμονες είχαν προβλέψει την ύπαρξη των καφέ νάνων από τη δεκαετία του 1960, στη βάση όσων γνώριζαν για τον σχηματισμό των άστρων και των πλανητών. Ολα έδειχναν ότι αυτή η ενδιάμεση κατηγορία έπρεπε να υπάρχει, αλλά οι αστρονόμοι δεν εύρισκαν κανένα τέτοιο αντικείμενο στον ουρανό. Αποδείχτηκε ότι απλώς οι καφέ νάνοι είναι πολύ πολύ αμυδροί και το φως που εκπέμπουν είναι κυρίως υπέρυθρο. Εως το 1995, που εντοπίστηκε ο Teide 1, ένας νεαρός καφέ νάνος, που είχε ακόμη αρκετή λάμψη προερχόμενη από τον σχηματισμό του (καθώς συμπυκνώνεται το νέφος υδρογόνου κάτω από την ίδια του τη βαρύτητα, ανεβαίνει η θερμοκρασία του). Στην ατμόσφαιρά του εντοπίστηκε λίθιο. Ομως τα άστρα καταναλώνουν το λίθιο σχεδόν αμέσως μετά τον σχηματισμό τους, άρα ο Teide 1 έπρεπε να ήταν καφέ νάνος, ένα ουράνιο σώμα ημιαστρικών διαστάσεων στο οποίο δεν πραγματοποιείται σύντηξη. Δύο μήνες αργότερα ανακαλύφθηκε ο Gliese 229B, συνοδός ενός άστρου. Οι αστρονόμοι παρατήρησαν ότι ο Gliese 229B είχε ασυνήθιστα χρώματα και περιείχε μεθάνιο στην ατμόσφαιρά του, πράγμα που σήμαινε ότι η θερμοκρασία της θα πρέπει να ήταν χαμηλή, αλλιώς το μεθάνιο θα είχε μετατραπεί σε μονοξείδιο του άνθρακα. Τελικά, διαπιστώθηκε ότι ο συγκεκριμένος καφέ νάνος έχει περίπου τις διαστάσεις του Δία, αλλά 70 φορές περισσότερη μάζα. Μέχρι σήμερα έχουν εντοπιστεί γύρω στους 3.000 καφέ νάνους, αλλά σύμφωνα με εκτιμήσεις, στον Γαλαξία μας μπορεί να υπάρχουν 25 έως 100 δισεκατομμύρια τέτοια σώματα.

Η έρευνα έδειξε ότι οι περισσότεροι καφέ νάνοι ακολουθούν τη διαδικασία σχηματισμού των άστρων, ξεκινώντας όμως με μικρότερη δεξαμενή αερίου. Καθώς το νέφος αερίων καταρρέει, αρχίζει να περιστρέφεται όλο και πιο έντονα, όπως ο αθλητής του πατινάζ σε πάγο, που συμπτύσσει τα χέρια του (αρχή διατήρησης της στροφορμής). Η έντονη περιστροφή κάνει το νέφος να πάρει σχήμα δίσκου που περιβάλλει το σχηματιζόμενο σώμα. Είναι ο ίδιος δίσκος αερίων και σκόνης από τον οποίο σχηματίζονται και οι πλανήτες γύρω από τα άστρα. Θα μπορούσε άραγε να οδηγήσει και στον σχηματισμό πλανητών γύρω από καφέ νάνους; Από την άλλη πλευρά, έχουν πια ανακαλυφθεί και καφέ νάνοι με μάζα μόλις 13 φορές τη μάζα του Δία. Μήπως αυτοί οι καφέ νάνοι σχηματίζονται μέσα σε περιμετρικούς δίσκους γύρω από νεαρά άστρα; Η μέχρι τώρα έρευνα κλίνει υπέρ του ενδεχομένου και αυτοί οι πλησιέστεροι στις πλανητικές διαστάσεις καφέ νάνοι να σχηματίζονται με τον ίδιο μηχανισμό όπως τα άστρα.

Στους ψυχρότερους καφέ νάνους που έχουν ανακαλυφθεί, οι αστρονόμοι παρατήρησαν ατμοσφαιρικά χαρακτηριστικά παρόμοια με των αεριωδών γιγάντων, όπως ο Δίας και ο Κρόνος, του ηλιακού μας συστήματος. Βεβαίως δεν μπορούν να δουν απευθείας τα νέφη με το τηλεσκόπιο, μπορούν όμως να δουν τις διακυμάνσεις στη λαμπρότητα των καφέ νάνων, καθώς τα νέφη μαζί με την υπόλοιπη ατμόσφαιρα παρακολουθούν την περιστροφή του νάνου γύρω από τον άξονά του. Η μεταβολή αυτή μπορεί να φτάνει και το 25%, από περιστροφή σε περιστροφή. Οπως και ο Δίας, οι καφέ νάνοι έχουν ισχυρά μαγνητικά πεδία (1.000 φορές ισχυρότερα από του Δία και 10.000 φορές από της Γης), αλλά και πολικά σέλατα.

Η εκτόξευση του Διαστημικού Τηλεσκοπίου (υπέρυθρων ακτίνων) «Τζέιμς Γουέμπ» σε λίγο καιρό από σήμερα, κάνει τους αστρονόμους να ελπίζουν ότι σύντομα θα έχουν στη διάθεσή τους πολύ καλύτερη εικόνα των καφέ νάνων. Ο πρώτος κύκλος παρατηρήσεων περιλαμβάνει μελέτες της ατμοσφαιρικής χημείας των ψυχρότερων καφέ νάνων, της σύνθεσης άλλων που έχουν αρκετή σκόνη, αλλά και την αναζήτηση πλανητικών συστημάτων γύρω από καφέ νάνους.